很多人對戴森球比較陌生,這是一個什麼「球」呢?人類造它幹嘛?這到底是是個啥玩意?要知道戴森球是個啥玩意,我們就不得不先了解一下卡爾達舍夫宇宙文明等級理論。
卡爾達舍夫宇宙三級文明理論簡介。
卡爾達舍夫是前蘇聯天文學家,1964年,他提出了一個把宇宙文明分為三個層次,即三個等級的理論。這個理論認為宇宙文明的主要劃分依據,就是文明所能夠控制和利用能量大小,而且這些能量主要用於對地外文明的通訊等活動。
一級文明為行星級文明,就是文明體能夠完全控制和利用自己存在的本行星能源和資源,作為人類就是能夠控制和利用地球能量,這個能量利用總量需達到1.74x10^17J/s(焦耳/秒),這個能量其實就是地球現在接收到太陽的能量。
二級文明是恆星級文明,就是文明體能夠完全控制和利用本級恆星的能源和資源,作為地球就是可以利用和控制太陽系的一切資源和能源,這個能量就是太陽目前輻射的全部能量,為3.78x10^26J/s。
三級文明是星系級文明,就是文明體能夠完全控制和利用本星系的能源和資源,作為地球就是能夠控制和利用整個銀河系能源和資源,這個能量就是整個銀河系輻射總能量,約4x19^37J/s。
達到了一級文明,人類就再也不怕來自地球的災難;達到了二級文明,人類就再也不怕來自太陽系的災難;達到了三級文明,人類就幾乎可以應對一切來自宇宙的災難,除了宇宙大爆炸和意識消散。
而人類現在的能量使用總量才達到2x10^13J/s,相當0.73級文明,要達到一級文明能量需求還要在現在基礎上增加數千倍,一些科學家認為,還需要200年左右的努力;而要達到二級文明還需要在現在能量利用基礎上增加約19萬億倍,在一級文明基礎上增加數十億倍。
三級文明目前還是人類想都不敢想的等級,需要多少億年也沒有一個底,所以不在考量之列。
由此可見,文明等級的主要度量,就是利用能量的能力。
而且人類現在的能源利用還主要用於生存和社會發展,並沒有主要用於與外星文明聯絡或者太空探索開發。因此未來能量的大量開發,才是文明得以提升的根本。
現在所有利用地球能源的設想,包括所謂可控核聚變實現後,能源危機就得到解決,海水中所儲備的就能夠使核聚變所需原料永不枯竭,經計算可用40億年的想法,都是大大低估了文明升級能量暴增的需求。
我們想想,未來達到二級文明,能量需求是現在的19萬億倍,海水中的氘還能夠用億萬年嗎?一些資料認為,現在海水的儲量足夠人類使用40億年,是根據人類現在用量來計算的,二級文明的用量是現在用量的1.9萬億倍,這點儲量還能用多久?簡單計算,40除以19萬,只能夠用0.0002年!
由此,不要認為人類開發出了核聚變就可以高枕無憂了,人類對能源的需求永無止境,且對能源的認識和利用技術必須不斷的提升,才能夠滿足自己延續發展的需要。憑著現在人類認識,太陽巨大能量還可源源不斷供應50億年,因此利用好這筆財富,是最廉價最簡單最直接的解決方案。
這就是戴森球理論提出的背景和依據。
所謂戴森球是一個叫弗裡曼·戴森的科學家,於上世紀的1960年提出來的一個假設理論。這個理論的實質,就是為了解決人類文明升級所需要的能源,必須建造一個包圍太陽的球體結構,這個球體半徑約太陽到地球這麼大,也就是1.5億km。通過這個結構,能夠最大限度收集利用太陽能,將源源不斷輻射到太空浪費掉的能量捕獲起來,轉化為人類文明升級所需的能源。
這個能量達到二級文明所需能量,也就是恰為3.78x10^26J。這是因為太陽中心核聚變每秒鐘有6億噸的氫轉化為5.858億噸的氦,其中有420萬噸質量轉化為能量輻射出來,根據愛因斯坦質能方程E=MC^2計算,太陽每秒鐘向釋放的能量高達3.78x10^26J(焦耳),相當於10500億億度電。
弗裡曼·戴森可不是等閒之輩,他的這個理論也不是隨便拍拍腦袋的空想。戴森曾經是愛因斯坦的副手,是一位赫赫有名的美國物理學家,他認為,光依賴地球資源和能源是遠遠不夠人類未來文明發展需要的,而太陽巨大能量是源源不斷可再生的。現在這些能量除了有10億分之一輻射給了各大行星,地球獲得了其中的22億分之一,其餘的都白白浪費掉了。
戴森推斷,任何文明發展到了一定階段,都會利用本級文明依賴的恆星能源,最好的辦法就是把自己的恆星包裹起來,讓恆星能量全部或絕大部分得到利用。這種方法就是建造戴森球,人類要達到二級文明,就必須建造包裹太陽的戴森球。
他的戴森球理論一出臺,就得到了科學界的廣泛關注和支持。
由此建設戴森球成為人類一個夢想。
卡爾達舍夫理論和戴森球理論問世後,得到科學界的廣泛認同,從那個時候開始,天文學家們在尋找地外文明時,就把這兩個理論作為依據。人們把已經能夠建設戴森球的文明定位為宇宙二級文明,因此在用大型望遠鏡進行巡天觀測時,就注意尋找宇宙中有沒有戴森球結構的恆星系統。
上世紀的巡天觀測活動,在數百萬顆恆星中,科學家們曾經發現過幾個有疑似戴森球結構的恆星。尤其是NASA的克卜勒任務中觀測了十幾萬顆恆星,發現一顆編號為KIC 8462852的恆星,有著怪異的亮度變化,光變出現的凹坑很深,有時竟達到22%!
要知道即便是木星這麼大的行星,遮光凹坑也只能達到1%,因此KIC 8462852恆星這種現象絕不是行星活動導致,由此人們懷疑那裡有高等級文明正在建造戴森球。
但這個說法並沒有得到證實,還有的研究認為,這些現象就是星際塵埃所致。如今,由於人類觀測手段還處於較為低級狀態,還沒有發現宇宙中存在戴森球結構的確切證據。
作為人類文明,現在正處於能源危機和環境破壞的瓶頸,科學家相信,現階段要解決能源危機的主要方向是可控核聚變,可控核聚變實現商業化運營,將是人類文明升級到一級文明的保障,這個時間大概要200年。
人類要升級到二級文明,啟動戴森球建設很可能是必由之路。
一些科學家認為,人類文明要升級到二級,如果不出現重大災難變故,大概還需要5000年奮鬥。人類要達到二級文明,所需能量要求達到1.74x10^26w,要解決能量問題,目前看來只有建設戴森球才能夠做到。
具體地說,戴森球就是一個包圍著太陽的殼體,在這個殼體上布滿了收集太陽能的裝置,還有將收集到的太陽能轉化為核聚變能源的裝置,人們利用這些能量生存發展,更多的能量將用於與外星通訊和深空探索。戴森球建成後,地球沒有了,人類都將移居到這個殼體上,並且開始星際移民。
這個工程規模實在是太宏大了,現在看來是不可想像的。大到什麼程度呢?就是需要全部拆解太陽系所有行星,包括地球,還包括一些矮行星和衛星、小行星,還要把太陽系豐度最高的氫和氦都收集起來,這些物質全部加起來,質量可達1.82x10^26kg,才能夠在地球軌道這個位置,包圍著太陽建設出一個半徑1.5億km,8~20cm厚度的薄殼,這個殼體的密度可達600kg/m^2。
戴森球建成後,太陽系就只有一顆太陽和一個包裹太陽的殼體,其餘都是空空如也了,人們在殼體上仰望星空,再也看不到月亮、金星、火星、木星、土星等行星了,只有遙遠的恆星還鑲嵌在漆黑的夜空。
人類有能力建設戴森球這種超巨大工程嗎?
經過許多科學家數十年的研究和發展,戴森球已經不局限於一個封閉的球體,有很多設想。如戴森雲、戴森泡、戴森網等等,這些結構有的是雲片狀,有的是太陽帆狀,還有的是網格狀,要解決的重點難題,就是建設材料夠用,建設方法可行,這個結構如何支撐巨大重力不被壓垮,還要最大限度收集太陽能量,並且讓人類在上面舒適的生活。
有一些科學家對建設戴森球建設比較樂觀,比如牛津大學物理學家斯圖亞特·阿姆斯特朗就設計出一套異常簡單的方案,這個方案提出可以分階段實施戴森球建設,通過遞進式能量獲得和開採並舉的辦法,認為並不需要多長時間,戴森球建設就能夠完成。
但更多的科學家對戴森球建設在短期內可行性持質疑和否定態度。時空通訊同樣認為現階段不要說建設戴森球,就是想一想或者做方案準備都還為時過早,這應該是幾千年以後的事情。但我相信,只要人類文明有足夠長的壽命,戴森球是能夠建起來的,也是必須建起來的。這是人類文明發展的必由之路,是走向深空的前提條件。
我們想一想都會覺得振奮或者恐怖,到了那個年代,人類已經變得早就不是我們認識的樣子了,機器人在各大行星上面爆破,一個個行星被拆得亂七八糟,無人駕駛運載飛船忙忙碌碌的穿梭在太空,像螞蟻壘窩一樣拼接著戴森球。
我們可以試著想一想,是現在的人幸福呢,還是戴森球大建設時代人更幸福呢?不過那個時代的人類早已經不是我們時代可以窺探的意識形態了,想了也是扯淡。